THIẾT KẾ THI CÔNG ĐOẠN HẦM DẪN NƯỚC CỦA CÔNG TRÌNH THỦY ĐIỆN NẬM CỦN, ĐOẠN CÓ LÝ TRÌNH ( TỪ KM 1 + 300 – KM 1 + 550) CHUYÊN NGÀNH: XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH NGẦM VÀ MỎ

MỤC LỤC CHƯƠNG I: KHÁI QUÁT CHUNG 5 I. KHÁI QUÁT CHUNG VỀ THỦY ĐIỆN NẬM CỦN 5 1.1.Các đặc điểm về công dụng, vị trí, sự cần thiết phải thiết kế xây dựng hệ thống thủy điện 5 1.2. Các đặc điểm cấu tạo chủ yếu hệ thống thủy điện và công trình bề mặt liên quan 7 1.3. Những đặc điểm về điều kiện xây dựng toàn bộ khu vực hệ thống công trình ngầm có ảnh hưởng tới công trình ngầm cần phải thiết kế 7 1.3.1. Điều kiện tự nhiên 7 1.3.1.1.Thổ nhưỡng và thảm thực vật 7 1.3.1.2.Nhiệt độ không khí 7 1.3.1.3. Chế độ gió 8 1.3.1.4. Độ ẩm không khí 8 1.3.2.4. Bốc hơi 8 1.3.1.5. Mưa 8 1.3.2. Điều kiện địa hình 9 1.3.3. Điều kiện địa chất chung khu vực dự án 9 1.3.3.1. Đặc điểm địa hình địa mạo 9 1.3.3.2. Cấu trúc địa chất 9 1.3.3.3. Hoạt động động đất 9 1.3.3.4. Tính chất cơ lý của đất đá 10 II. KHÁI QUÁT CHUNG VỀ ĐOẠN HẦM DẪN NƯỚC CÓ LÝ TRÌNH TỪ KM1+300 – KM1+550 11 2.1. Các đặc điểm về công dụng, vị trí, sự cần thiết phải thiết kế xây dựng hầm dẫn nước 11 2.1.1. Vị trí của đoạn hầm 11 2.2.1. Tuyến đầu mối 12 2.2..2. Tuyến năng lượng 1 12 Cửa lấy nước : 12 2.2.3. Nhà máy thuỷ điện và trạm phân phối điện 14 CHƯƠNG II: THIẾT KẾ KĨ THUẬT HẦM DẪN NƯỚC 14 1.1. Những yêu cầu cơ bản về thiết kế quy hoạch hầm dẫn nước 15 1.1.1. Đánh giá khối đá, mức độ ổn định không chống phần thân đường hầm. 15 1.1.2. Những yêu cầu cơ bản về thiết kế quy hoạch thân đường hầm 19 1.3. Thiết kế quy hoạch công trình ngầm trên mặt cắt dọc 19 1.4. Thiết kế mặt cắt ngang của công trình 20 II: THIẾT KẾ LỰA CHỌN VẬT LIỆU, TÍNH TOÁN KẾT CẤU CHỐNG GIỮ CÔNG TRÌNH NGẦM 21 2.1. Những yêu cầu cơ bản về thiết kế vật liệu, kết cấu chống giữ đoạn đường hầm 21 Chi phí xây dựng đường hầm, chi phí tổn thất công suất và chi phí tổn thất năng lượng hàng năm. 21 2.2. Thiết kế lựa chọn vật liệu chống giữ công trình ngầm 22 2.2.2. Vật liệu cát sỏi 22 2.2.3 .Kết cấu chống gỗ 23 2.2.4. Neo, bê tông phun 23 2.2.5. Kết cấu chống bằng gạch, đá 23 2.2.6. Kết cấu chống thép 23 2.2.7. Kết cấu chống bằng bê tông, bê tông cốt thép liền khối. 24 2.3. Phương án khả dĩ chống giữ hầm dẫn nước lý trình km1+300– km1+550 24 2.3.1. Lựa chọn kết cấu chống tạm 24 2.3.2. Lựa chọn kết cấu chống cố định 25 2.3.3. Xác định kích thước sử dụng của hầm dẫn nước 26 2.3.4. Xác định kích thước đào của hầm dẫn nước 26 2.3.5. Xác định Kích thước đường cấu tạo của hầm dẫn nước 26 2.4. Tính toán áp lực tác dụng lên công trình ngầm 27 2.4.1. Áp lực phía nóc hầm 27 2.4.2. Áp lực sườn 28 2.4.3. Áp lực nền 29 2.5. Tính toán nội lực trong lớp kết cấu chống cố định 30 2.5.1. Nội lực trong vỏ chống gây bởi áp lực đất đá thẳng đứng. 31 2.5.2. Nội lực ở phần vòm 33 2.5.3. Biểu đồ nội lực 36 2.6. Kiểm tra bền 38 2.6.1. Tính toán cốt thép 38 2.6.2. Chọn cốt thép 39 2.6.3. bố trí cốt thép 41 2.7. Tính toán kết cấu chống tạm cho đường hầm 41 2.7.1. Tính toán kết cấu neo 41 2.7.2. Tính toán chiều dày kết cấu bê tông phun khi kết hợp với kết cấu neo 46 CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ THI CÔNG HẦM DẪN NƯỚC 48 1.1. Những yêu cầu cơ bản về công tác lựa chọn sơ đồ thi công đường hầm 49 1.2. Mô tả khái quát một số sơ đồ thi công khả thi cho công trình hầm dẫn nước 49 1.2.1. Sơ đồ thi công nối tiếp. 49 1.2.2. Sơ đồ thi công song song. 49 1.3.1. Sơ đồ thi công phối hợp. 49 1.3. So sánh, lựa chọn sơ đồ thi công tối ưu các phần cấu thành đặc trưng cho đường hầm dẫn nước lý trình km 1 + 300 – km 1 + 550 50 2.1. Lựa chọn phương pháp đào phá đất đá tại gương 51 2.2. Lựa chọn thiết bị khoan lỗ mìn 51 2.3. Tính toán các thông số tổ hợp khoan nổ mìn cho gương thi công 53 2.3.1. Lựa chọn thuốc nổ, phương tiện gây nổ 53 2.3.2. Lựa chọn đường kính thỏi thuốc nổ và đường kính lỗ mìn 55 2.3.3 Tính toán lượng thuốc nổ đơn vị 55 2.3.4. Số lỗ mìn trên gương 56 2.3.6. Chi phí thuốc nổ cho một lần nổ 62 2.3.7. Tính toán mạng điện nổ mìn 64 2.3.8. Các chỉ tiêu nổ mìn cơ bản đánh giá hiệu quả của công tác khoan nổ mìn 65 2.3.9. Công tác đưa gương nổ mìn về trạng thái an toàn 65 CHƯƠNG 3 CÔNG TÁC THÔNG GIÓ TRONG QUÁ TRÌNH XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH NGẦM 69 3.1. Các yêu cầu thông gió cho đường hầm dẫn nước công trình thủy điện NẬM CỦN 69 3.2. So sánh . lựa chọn các sơ đồ thông gió cho đường hầm 69

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ THI CÔNG ĐOẠN HẦM DẪN NƯỚC CỦA CÔNG TRÌNH THỦY ĐIỆN NẬM CỦN, ĐOẠN CÓ LÝ TRÌNH ( TỪ KM 1 + 300 – KM 1 + 550) CHUYÊN NGÀNH: XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH NGẦM VÀ MỎ

Giảng viên hướng dẫn Th.s Đặng Văn Kiên

Sinh viên thực hiện Nguyễn Văn Tư

MỤC LỤC

CHƯƠNG I: KHÁI QUÁT CHUNG 5

I KHÁI QUÁT CHUNG VỀ THỦY ĐIỆN NẬM CỦN 5

1.1.Các đặc điểm về công dụng, vị trí, sự cần thiết phải thiết kế xây dựng hệ thống thủy điện 5

1.2 Các đặc điểm cấu tạo chủ yếu hệ thống thủy điện và công trình bề mặt liên quan 7

1.3 Những đặc điểm về điều kiện xây dựng toàn bộ khu vực hệ thống công trình ngầm có ảnh hưởng tới công trình ngầm cần phải thiết kế 7

1.3.1 Điều kiện tự nhiên 7

1.3.1.1 Thổ nhưỡng và thảm thực vật 7

1.3.1.2 Nhiệt độ không khí 7

1.3.1.3 Chế độ gió 8

1.3.1.4 Độ ẩm không khí 8

1.3.2.4 Bốc hơi 8

1.3.1.5 Mưa 8

1.3.2 Điều kiện địa hình 9

1.3.3 Điều kiện địa chất chung khu vực dự án 9

1.3.3.1 Đặc điểm địa hình - địa mạo 9

1.3.3.2 Cấu trúc địa chất 9

1.3.3.3 Hoạt động động đất 9

1.3.3.4 Tính chất cơ lý của đất đá 10

II KHÁI QUÁT CHUNG VỀ ĐOẠN HẦM DẪN NƯỚC CÓ LÝ TRÌNH TỪ KM1+300 – KM1+550 11

2.1 Các đặc điểm về công dụng, vị trí, sự cần thiết phải thiết kế xây dựng hầm dẫn nước 11

2.1.1 Vị trí của đoạn hầm 11

2.2.1 Tuyến đầu mối 12

2.2 2 Tuyến năng lượng 1 12

- Cửa lấy nước : 12

2.2.3 Nhà máy thuỷ điện và trạm phân phối điện 14

CHƯƠNG II: THIẾT KẾ KĨ THUẬT HẦM DẪN NƯỚC 14

1.1 Những yêu cầu cơ bản về thiết kế quy hoạch hầm dẫn nước 15

1.1.1 Đánh giá khối đá, mức độ ổn định không chống phần thân đường hầm 15

1.1.2 Những yêu cầu cơ bản về thiết kế quy hoạch thân đường hầm.19 1.3 Thiết kế quy hoạch công trình ngầm trên mặt cắt dọc 19

1.4 Thiết kế mặt cắt ngang của công trình 20

II: THIẾT KẾ LỰA CHỌN VẬT LIỆU, TÍNH TOÁN KẾT CẤU CHỐNG GIỮ CÔNG TRÌNH NGẦM 21

2.1 Những yêu cầu cơ bản về thiết kế vật liệu, kết cấu chống giữ đoạn đường hầm 21

Chi phí xây dựng đường hầm, chi phí tổn thất công suất và chi phí tổn thất năng lượng hàng năm 21

2.2 Thiết kế lựa chọn vật liệu chống giữ công trình ngầm 22

2.2.2 Vật liệu cát sỏi 22

2.2.3 Kết cấu chống gỗ 23

2.2.4 Neo, bê tông phun 23

2.2.5 Kết cấu chống bằng gạch, đá 23

2.2.6 Kết cấu chống thép 23

2.2.7 Kết cấu chống bằng bê tông, bê tông cốt thép liền khối 24

2.3 Phương án khả dĩ chống giữ hầm dẫn nước lý trình km1+300– km1+550 24

2.3.1 Lựa chọn kết cấu chống tạm 24

2.3.2 Lựa chọn kết cấu chống cố định 25

2.3.3 Xác định kích thước sử dụng của hầm dẫn nước 26

2.3.4 Xác định kích thước đào của hầm dẫn nước 26

2.3.5 Xác định Kích thước đường cấu tạo của hầm dẫn nước 26

2.4 Tính toán áp lực tác dụng lên công trình ngầm 27

2.4.1 Áp lực phía nóc hầm 27

2.4.2 Áp lực sườn 28

2.4.3 Áp lực nền 29

2.5 Tính toán nội lực trong lớp kết cấu chống cố định 30

2.5.1 Nội lực trong vỏ chống gây bởi áp lực đất đá thẳng đứng 31

2.5.2 Nội lực ở phần vòm 33

2.5.3 Biểu đồ nội lực 36

2.6 Kiểm tra bền 38

2.6.1 Tính toán cốt thép 38

2.6.2 Chọn cốt thép 39

2.6.3 bố trí cốt thép 41

2.7 Tính toán kết cấu chống tạm cho đường hầm 41

2.7.1 Tính toán kết cấu neo 41

2.7.2 Tính toán chiều dày kết cấu bê tông phun khi kết hợp với kết cấu neo 46

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ THI CÔNG HẦM DẪN NƯỚC 48

1.1 Những yêu cầu cơ bản về công tác lựa chọn sơ đồ thi công đường hầm 49 1.2 Mô tả khái quát một số sơ đồ thi công khả thi cho công trình hầm dẫn nước 49

1.2.1 Sơ đồ thi công nối tiếp 49

1.2.2 Sơ đồ thi công song song 49

1.3.1 Sơ đồ thi công phối hợp 49

1.3 So sánh, lựa chọn sơ đồ thi công tối ưu các phần cấu thành đặc trưng cho đường hầm dẫn nước lý trình km 1 + 300 – km 1 + 550 50

2.1 Lựa chọn phương pháp đào phá đất đá tại gương 51

2.2 Lựa chọn thiết bị khoan lỗ mìn 51

2.3 Tính toán các thông số tổ hợp khoan nổ mìn cho gương thi công .53 2.3.1 Lựa chọn thuốc nổ, phương tiện gây nổ 53

2.3.2 Lựa chọn đường kính thỏi thuốc nổ và đường kính lỗ mìn 55

2.3.3 Tính toán lượng thuốc nổ đơn vị 55

2.3.4 Số lỗ mìn trên gương 56

2.3.6 Chi phí thuốc nổ cho một lần nổ 62

2.3.7 Tính toán mạng điện nổ mìn 64

2.3.8 Các chỉ tiêu nổ mìn cơ bản đánh giá hiệu quả của công tác khoan nổ mìn 65 2.3.9 Công tác đưa gương nổ mìn về trạng thái an toàn 65

CHƯƠNG 3 - CÔNG TÁC THÔNG GIÓ TRONG QUÁ TRÌNH XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH NGẦM 69 3.1 Các yêu cầu thông gió cho đường hầm dẫn nước công trình thủy điện NẬM CỦN 69 3.2 So sánh lựa chọn các sơ đồ thông gió cho đường hầm 69

CHƯƠNG I: KHÁI QUÁT CHUNG

I KHÁI QUÁT CHUNG VỀ THỦY ĐIỆN NẬM CỦN

1.1.Các đặc điểm về công dụng, vị trí, sự cần thiết phải thiết kế xây dựng

hệ thống thủy điện

Thủy điện Nậm Củn được triển khai xây dựng tại xã Thanh Phú, huyện Sapa,tỉnh Lào Cai, có tọa độ địa lý như sau:

- Toạ độ địa lý tuyến đập: 104012'32" kinh độ Đông, 22006'43" vĩ độ Bắc

- Toạ độ địa lý nhà máy: 104013'13" kinh độ Đông, 22007'30" vĩ độ BắcCông suất lắp máy 40MW Sản lượng điện hàng năm: 167Kwh, dự định hoàn thành phát điện vào Quý I năm 2018 Nằm cách thành phố Lào Cai 50km về phíanam, cách thị trấn Sapa 25km về hướng tây nam Để đi vào vị trí khai trường có thể đi theo 2 lối, đi từ thị trấn Sapa đi xuống và đi từ ngã 3 Xuân Giao, huyện Bảo Thắng đi lên

Phía Đông giáp với xã Suối Thầu và Bản Phùng, huyện Sapa

Phía Tây là dãy núi Phan Xi-Păng

Phía Nam là Rừng quốc gia Hoàng Liên Sơn

Phía Bắc là sông Ngòi Bo

Địa bàn khai trường thuộc vùng núi cao, địa hình thấp dần từ Tây sang Đông,

có suối chảy dọc theo hướng Tây đổ về sông Hồng Phía tây là dãy núi Phan Păng nên địa hình dốc, độ cao trung bình 600m

Xi-Những năm gần đây nền kinh tế nước ta đã có những bước phát triển mạnh

mẽ, đời sống nhân dân được cải thiện, nhu cầu con người cũng vì thế mà ngàycàng tăng Song, một số vùng nhân dân vẫn còn khó khăn, thiếu thốn về nhiềumặt: điện, nước, giao thông Cùng với đó là thiên tai, hạn hán vẫn còn nhiều gâykhông biết bao nhiêu thiệt hại cho con người Do đó, đòi hỏi Đảng và nhà nướcphải có những chính sách, dự án kịp thời để đời sống nhân dân được cải thiệnđồng đều, giảm bớt những thiệt hại do thiên tai, góp phần xây dựng một nền kinh

tế phát triển

Dự án xây dựng thuỷ điện Nậm Củn là một trong nhiều dự án xây dựngthuỷ điện nói riêng và xây dựng các ngành nghề nói chung Nhiệm vụ Công trìnhthuỷ điện Nậm Củn được xây dựng với nhiệm vụ khai thác dòng chảy trên Suối

Bo, kết hợp dâng đập và tận dụng cột nước địa hình để phát điện với công suất40W và điện lượng trung bình hàng năm Eo = 167KWh cùng với đó là tạo nguồnđiện cung cấp cho phát triển kinh tế và đời sống nhân dân từ lưới điện quốc gia,tạo nguồn nước bổ xung cho khu vực hạ lưu vào mùa kiệt, đáp ứng nhu cầu phục

vụ nước sinh hoạt, công nghiệp và đẩy mạnh tham gia chống lũ tiểu mãn, giảm lũ

đầu vụ cho vùng hạ lưu.

Ngoài ra, việc đầu tư xây dựng thuỷ điện Nậm Củn sẽ tạo điều kiện thuậnlợi cho sự phát triển kinh tế xã hội của khu vực Sau khi kết thúc xây dựng côngtrình, khu vực công trình Nậm Củn với các cơ sở dân cư, văn hoá, xã hội sẽ trởthành một điểm tập trung dân cư với cơ sở hạ tầng tương đối đầy đủ Hệ thốnggiao thông phục vụ thi công vận hành công trình sẽ tạo ra khả năng giao lưu vềkinh tế và xã hội của khu vực xây dựng công trình với các trung tâm kinh tế, xãhội của địa phương

1.2 Các đặc điểm cấu tạo chủ yếu hệ thống thủy điện và công trình bề mặt liên quan

Các công trình chủ yếu của dự án thủy điện Suối Chăn 1 được xác định baogồm:

- Hồ chứa

- Công trình đầu mối gồm đập không tràn và đập tràn

- Đập chính: Tuyến đập 2, đập bê tông trọng lực kết hợp với đập tràn có cửavan đặt tại lòng sông

- - Tuyến năng lượng gồm: Cửa lấy nước, đường hầm dẫn nước, thápđiều áp Đường ống áp lực và kênh xả

1.3 Những đặc điểm về điều kiện xây dựng toàn bộ khu vực hệ thống công trình ngầm có ảnh hưởng tới công trình ngầm cần phải thiết kế

1.3.1 Điều kiện tự nhiên

1.3.1.1 Thổ nhưỡng và thảm thực vật

Bề mặt lưu vực với tầng phủ là đất sét pha lẫn dăm sạn màu nâu vàng hoặcxám vàng dày có nguồn gốc phong hoá từ đá phiến thạch anh mica màu xám.Chế độ khí hậu nhiệt đới gió mùa và phần lớn khí hậu ôn đới ở độ cao trên1000m đã tạo ra trên khu vực một thảm thực vật đa dạng, rừng cây vùng nhiệtđới cõ xen kẽ một số cây ôn đới như bạch dương, thông, sa mu, cùng với nhiềuloài dược thảo quý mọc ở tầng dưới Hiện nay, tuy đã bị khai thác một phầnnhưng rừng trong lưu vực vẫn là nơi tồn trữ quỹ gen của các loại thực vật quýhiếm Với địa hình đồi núi cao, lượng mưa lớn cộng thêm thảm phủ tốt nên dòngchảy mùa kiệt của lưu vực Suối Bo là khá tốt và điều hoà

1.3.1.2 Nhiệt độ không khí

Chế độ nhiệt trong khu vực biến đổi theo mùa và theo độ cao địa hình mộtcách rõ rệt Tương tự như các vùng miền núi khác ở phía Bắc, mùa hè ở đâythường kéo dài từ tháng IV tới tháng IX, và mùa Đông từ tháng X tới tháng IIInăm sau Lưu vực Nậm Củn nằm ở vùng thượng lưu nên có mùa đông khá lạnh,nhiệt độ có khi xuống dưới 00C nhưng lại có mùa hè mát mẻ, nhiệt độ trung bìnhnăm dao động từ (17  20)0C.

1.3.1.3 Chế độ gió

Do ảnh hưởng của địa hình, hướng gió thịnh hành cho toàn khu vực làhướng Tây và Tây Nam Trong năm có hai mùa gió phân biệt: Gió mùa Đông từtháng XI đến tháng IV năm sau với gió thịnh hành là gió mùa Đông Bắc mangkhông khí lạnh và khô, gió mùa hè với hướng gió thình hành Tây Nam xuất hiện

từ tháng V tới tháng X Tốc độ gió lớn nhất đã quan trắc được tại các trạm trongkhu vực như sau: Than Uyên Vmax = 32 m/s, Mù Cang Chải Vmax = 30m/s,

Sa Pa Vmax = 37m/s.

1.3.1.4 Độ ẩm không khí

Độ ẩm tương đối trung bình năm thay đổi không nhiều giữa các vùng daođộng khoảng từ (85 87) % Độ ẩm tương đối trung bình nhỏ nhất ở Sa Pa là 82%xuất hiện vào tháng III, lớn nhất là 91 % vào tháng X

1.3.1.5 Mưa

Sự biến đổi của mưa theo thời gian và không gian trên khu vực phụ thuộc

chặt chẽ vào sự hoạt động của gió mùa và tác động của địa hình Lưu vực Suối

Bo nằm ở sườn Đông Bắc của dãy Hoàng Liên Sơn có lượng mưa thay đổi mạnhtheo độ cao của địa hình và hướng gió, lượng mưa năm ở đây trung bình là400mm

Trong năm mưa phân ra làm hai mùa rõ rệt, mùa mưa bắt đầu từ tháng V vàkết thúc vào tháng IX, mùa khô từ tháng X đến tháng IV năm sau Lượng mưatrong mùa mưa chiếm khoảng (77  80)% lượng mưa năm Mưa lớn thường xảy

ra vào ba tháng VI, VII, VIII chiếm từ (57  60)% tổng lượng mưa năm Lượngmưa trong 7 tháng mùa khô chiếm (2023)% tổng lượng mưa năm, tháng cólượng mưa nhỏ nhất năm là tháng XII, tháng I

1.3.2 Điều kiện địa hình

Lưu vực thuộc loại điạ hình miền núi cao với độ dốc sườn núi và độ dốclòng sông khá lớn, điạ hình bị chia cắt mạnh Lưu vực có dạng nan quạt, đườngphân lưu ở thượng nguồn đi qua các đỉnh có cao độ 1500m đến 2500m, độ caothấp dần về hạ du Địa hình núi cao, bị chia cắt, cộng với lượng mưa dồi dào đãtạo nên mạng lưới sông dày đặc trên lưu vực

1.3.3 Điều kiện địa chất chung khu vực dự án

1.3.3.1 Đặc điểm địa hình - địa mạo

Khu vực của Dự án nằm ở ranh giới giữa vùng đông bắc và tây bắc của ViệtNam, thuộc địa hình vùng núi cao trung bình Ở khu vực lòng hồ, sườn núi haibên dốc đến rất dốc Tại khu vực đầu mối, địa hình dốc đến rất dốc Khu vực nhàmáy và đường ống áp lực, địa hình thoải hơn, đôi chỗ 15-200 Khu vực tuyếnhầm dẫn nước có điều kiện địa hình từ thoải đến dốc

hoạt động của đới trượt bằng Sông Hồng và một phần hoạt động của đới Tú Lệ 1.3.3.3 Hoạt động động đất

Toàn bộ vùng công trình Nậm Củn nằm trong huyện Sapa, theo Tiêu chuẩnthiết kế chống động đất TCXDVN 375-2006 thì huyện Sapa có gia tốc động đấtcực đại a=0.0567g tức là có phông động đất cấp VI (theo thang MSK-64)

1.3.3.4 Tính chất cơ lý của đất đá

Bảng 1.1 Giá trị kiến nghị tính toán của đất

Đới ĐCCT

Dung trọng,t/m3

Cường độ kháng cắt ở trạng

thái

Mô đunBiếndạng bãohòa

Hệ sốthấm

Tựnhiên

Bãohòa

Tự nhiên Bão hòa

đá trong vùng theo bảng sau:

Bảng 1.2 Giá trị kiến nghị tính toán chỉ tiêu cơ lý khối đá

IIB

Cường độ kháng nén mẫu đá khô

2.1.2 Công dụng và sự cần thiết phải thiết kế xây dựng đường hầm

Hầm dẫn nước dùng để tạo áp lực chênh lệch cột nước từ đập thông quaGiếng điều áp tới tuabin của tổ máy phát điện

Tạo dòng chảy ổn định, chiếm ít diện tích đất mặt, giảm chiều dài tuyến

năng lượng, giảm tổn thất thủy lực mang lại lợi ích lớn cho nhà máy.

2.2 Mối liên hệ của đường hầm dẫn nước với các đường hầm khác và công trình bề mặt liên quan.

Hầm dẫn nước nằm trong hệ thống các công trình cần xây dựng của Thủyđiện Nậm Củn

2.2.1 Tuyến đầu mối

- Đập không tràn:

Kết cấu đập chính bằng bê tông trọng lực Mặt thượng lưu đập thẳng đứng,mái hạ lưu đập xuất phát từ mặt thượng lưu tại cao trình đỉnh đập với hệ số máidốc m=0.8 Cao độ thiết kế 388,00m, chiều rộng đập không tràn là 7,5m để phục

vụ việc đi lại và đặt máy móc

- Đập tràn

Công trình tháo lũ kiểu đập tràn nằm trong khu vực lòng sông, với 3 khoangtràn kích thước BxH=13,5x16,5m đảm bảo tháo được lưu lượng tối đaQmax=2281,89m3/s Công trình tràn bố trí 3 cửa van cung, được điều khiển bằng

xi lanh thủy lực Nối tiếp sau đập tràn kiểu phun xa tiêu năng bằng hố xói

2.2 2 Tuyến năng lượng 1

- Cửa lấy nước :

Cửa lấy nước bằng bê tông cốt thép bố trí bên bờ trái đập rộng 12m Cửalấy nước thiết kế dạng khối bê tông, nền đặt trên lớp IIA Cao trình ngưỡng cửalấy nước 373.00m Cao trình đỉnh cửa lấy nước lấy bằng cao trình đỉnh đập là383,5m

- Đường hầm dẫn dòng :

Phần cửa hầm dẫn nước có kích thước 2x4x6m đào qua đứt gãy, đất đá kém

ổn định Phần thân hầm được đào qua đất đá ổn định có dạng hình móng ngựa cóchiều rộng 6m chiều cao 6m

- Đường hầm dẫn dòng :

Phần cửa hầm dẫn nước có kích thước 2x4x6m đào qua đứt gãy, đất đá kém

ổn định Phần thân hầm được đào qua đất đá ổn định có dạng hình móng ngựa có

chiều rộng 6m chiều cao 6m.

- Tại cửa vào hầm dẫn nước từ Km0+00m đến Km0+10.00m: Khoan neovượt trước Ø32 CIII + treo lưới B40 rồi phun bê tông dày 7cm + vòmI200 bước dọc tim hầm a=0.5m + Bê tông chèn vòm M200

- Hầm có chỉ số Q ≤ 0.01: áp dụng gia cố mặt cắt kiểu 1: Khoan neo vượttrước Ø32CIII + treo lưới B40 rồi phun bê tông dày 7cm+ vòm I200 bướcdọc tim hầm a=0.5m + Bê tông chèn vòm M20

- Hầm có chỉ số 0.01 < Q ≤ 0.1 ; hoặc hầm đi qua đứt gãy bậc IV, bậc V:Treo lưới B40 rồi phun bê tông dày 7cm + vòm I200 bước dọc tim hầma=0.5m + bê tông chèn vòm M200

- Chỉ số 0.1 < Q ≤ 3: Khoan neo Ø22CIII, a=2.0m, Lneo = 2m, bước dọctrục hầm 2m + Phun cục bộ bê tông M30 dày 5cm

- Chỉ số Q >3, hầm đi qua đới đá trung bình, đá tốt và rất tốt Khoan neo Ø22CIII cục bộ, Lneo = 2m, bước dọc trục hầm 1m + Phun cục bộ bê tôngM300 dày 5cm

- Giếng điều áp :

Giếng điều áp dạng kết cấu bê tông cốt thép đặt cuối đường hầm dẫn nước

có toạ độ tâm (X = 2447460.15; Y = 444865.19) Giếng điều áp có kết cấu hìnhtrụ được chia làm hai phần: Buồng dưới có nằm trong đá đường kính trong 5,1mchiều dày thành giếng 0,5m, cao độ đáy 297,817m cao độ đỉnh 360,00m Buồngtrên nằm trong lớp đá phong hoá mạnh và đất có đường kính 16m, chiều dàythành giếng 1.0m, cao độ đáy 360,0m, cao độ đỉnh 405,50m

Công tác đào giếng được thực hiện tiên phong bằng máy khoan ROBBIN từcao độ 403,00m đến cao độ 302,916m được tiến hành sau khi đào xong phần hởTháp điều áp và hầm dẫn nước đến chân tháp Trước tiên khoan dẫn hướng từcao độ 403.00m xuống cao độ 302,917m bằng lỗ khoan D=311mm sau đó khoandoa bằng lỗ khoan mở rộng D=1400mm, đào mở rộng tháp theo thiết kế bằngkhoan nổ, đá nổ mìn được đẩy xuống đáy tháp cao độ 297,817m theo giếng tiên

phong và được xúc chuyển bằng tổ hợp máy xúc cào vơ kết hộ oto vận chuyển12-15 tấn vận chuyển ra ngoài theo hướng Tháp điều áp-Nhà máy Công tác gia

cố tạm được tiến hành song song với công tác đào mở rộng

- Đường ống áp lực :

Tuyến đường ống áp lực bắt đầu từ sau giếng điều áp và tim ống có góc ngoặt

so với tim tuyến hầm một góc 56.2o Đường ống áp lực được chia làm 2 phần:phần ống ngầm (hầm áp lực) tính từ giếng điều áp đến cửa ra hầm ở cao độ300,367m, phần ống hở từ cửa ra hầm đến nhà máy thuỷ điện Đoạn hầm áp lựcdài 114,18m nằm hoàn toàn nằm trong lớp IIA của đá granit được bọc bê tôngcốt thép dày 0.5m mặt trong được lót thép có chiều dày 14mm

2.2.3 Nhà máy thuỷ điện và trạm phân phối điện

- Nhà máy thuỷ điện :

Nhà máy thuỷ điện bằng bê tông cốt thép đặt trên nền đá cứng lớp IIA.Trong nhà máy bố trí 2 tổ máy thuỷ lực với tuốc bin tâm trục Francis công suấtmỗi tổ 9MW

Kích thước tổng thể nhà máy (dài x rộng x cao) = 35.2x25.1x45.4m.Khoảng cách giữa các tim tổ máy là 10.0m, chiều rộng gian máy 14.5m Caotrình gian máy 278,00m Cao trình sàn lắp máy 265,50

Trong nhà máy bố trí cầu trục, sức nâng lớn nhất 45 tấn, sức nâng nhỏ nhất

25 tấn, tầm với xa nhất 40m, đặt tại cao trình 264.00m tại hạ lưu hố móng nhàmáy

- Kênh dẫn ra :

Kênh dẫn ra có mặt cắt hình thang Độ dốc đáy kênh i=0 Chiều rộng đáykênh 15.0m, mái kênh đào trong lớp đất, cuội sỏi m=1.5

- Trạm phân phối điện ngoài trời :

Trạm phân phối 110kV (TPP-110kV) NMTĐ Nậm Củn có nhiệm vụ truyềntải công suất từ nhà máy vào HTĐ quốc gia Trạm phân phối điện ngoài trờiđược bố trí cạnh giếng điều áp Cao trình đặt trạm 212.0m Kích thước trạmBxL=36x50m

CHƯƠNG II: THIẾT KẾ KĨ THUẬT HẦM DẪN NƯỚC

I THIẾT KẾ QUY HOẠCH HẦM DẪN NƯỚC

I.1 Những yêu cầu cơ bản về thiết kế quy hoạch hầm dẫn nước

1.1.1 Đánh giá khối đá, mức độ ổn định không chống phần thân đường hầm.1.1.1.1 Phương pháp phân loại khối đá theo Dree – phương pháp RQD

RQD: là chỉ tiêu được xác định bằng tỉ số giữa tổng chiều dài của các thỏi lõi khoan có chiều dài ≥ 100 mm trong lỗ khoan với chiều dài của lỗ khoan đó được khoan bằng mũi kim cương

li – chiều dài của mỗi thỏi lõi khoan ≥ 100 mm

L – chiều dài lỗ khoan khảo sát, mm

Bảng 2.1 Phân loại khối đá theo RQD

1.1.1.2 Phương pháp phân loại khối đá theo Beiniawski qua chỉ tiêu RMR

Theo Bieniawski phân loại khối đá nhằm xác định những thông số quan trọng nhất đến việc xử lý khối đá, cung cấp cơ sở để hiểu rõ tính chất được chia với chất lượng khác nhau, đồng thời cung cấp số liệu định lượng cho thiết kế kỹ thuật Ngoài ra việc phân loại khối đá còn nhằm kiến nghị hỗ trợ cho các hướng dẫn xây dựng các đường hầm cung cấp cơ sở cho việc thông tin giữa kỹ sư và cácnhà địa chất học và liên hệ kinh nghiệm về các điều kiện của đất đá ở hiện trườngnày với đất đá ở hiện trường khác

Đánh giá chất lượng khối đá bao quanh đường hầm để phục vụ cho thiết kế

và các biện pháp gia cố, chống giữ ổn định là một phương pháp được sử dụng rộng rãi trên thế giới hiện nay

Theo tài liệu địa chất đoạn hầm cần thiết kế xây dựng có điều kiện địa chất tươngđối tốt có hệ số kiên cố f >5nứt nẻ ít

Ta có:

RMR = Rn + RD + RC + RJ + RW + RP ; (2.2)Trong đó:

Rn- chỉ tiêu bền nén đơn trục của khối đá

RD - chỉ tiêu chất lượng theo Deere

RC - chỉ tiêu các khoảng cách giữa các khe nứt

RJ - đặc điểm bề mặt nứt lẻ

RW - ảnh hưởng của nước ngầm khối đá

RP - ảnh hưởng của phương khe nứt đối với đường lò

Mỗi tham số trong công thức trên biểu thị bằng một lượng điểm nhất định tuỳ thuộc vào đặc thù riêng biệt của khối đá ở từng vị trí đường lò khi đã được tiêu chuẩn hoá Tổng lượng điểm của các tham số trên sẽ là lượng điểm chất lượng của cả khối đá Điểm chất lượng của khối đá sẽ nằm trong giới hạn từ 0 đến 100 và được chia thành 6 cấp chất lượng tương ứng với những đặc điểm khácnhau của khối (xem bảng 2.2) Mỗi cấp chất lượng sẽ kiến nghị những giải pháp chống giữ tương ứng cho đường lò

Bảng 2.2 Bảng phân loại chất lượng khối đá theo chỉ số RMR

Lượng điểm theo RMR Chất lượng khối đá Cấp phân loại

- Cho phép đánh giá định lượng từng loại khối đá cụ thể phụ thuộc vào những điều kiện địa chất chất khác nhau

- Phương pháp trên đã xét đến ảnh hưởng của nhiều yếu tố như: đặc điểm cấu trúc và trạng thái của khối đá ở những điều kiện cụ thể, đặc biệt là ảnh hưởng củacác đặc tính nứt nẻ, nước ngầm, độ bền của khối đá, trong những điều kiện thực tế

Dựa vào RMR nhúm tỏc giả Kendorski và Cunmmings lập ra biểu đồ để lựa chọnkết cấu chống như trờn hỡnh vẽ (hỡnh 2.2).

Neo đơn chiếc Neo với b ớc chống neo th a

Neo với b ớc chống nhỏ (neo dày) và Neo với b ớc chống trung bình và bê tông phun.

, bê tông phun, vì chống kim loại đơn hoặc vì chống gỗ tha, kết cấu nhẹ.

Thanh chống kim loại kết cấu trung bình hoặc vì chống gỗ vững chắc có kết cấu giằng kín.

Thanh chống kim loại kết cấu vững chắc, trong vùng g ơng đào tuỳ theo mức độ cần thiết sử dụng bê tông phun hoặc chèn cọc dày.

Vùng không ổn định

sụt lở mạnh

1 - Vùng giới hạn bởi đặc tính sụt lở

cục bộ (mức độ ổn định thấp nhất).

l ới thép

Neo với b ớc chống nhỏ L ới thép

2 - Đ ờng cong giới hạn an toàn thấp cho khung vỏ chống

3 - Đ ờng cong giới hạn an toàn cao cho khung vỏ chống (ổn định)

Hỡnh 2.2 Sơ đồ lựa chọn loại hỡnh chống giữ hợp lý cho cụng trỡnh ngầm theo

CUMMINGS & KENDORSKI1982.

- Đỏnh giỏ:

Hầm dẫn nước Nậm Củn chủ yếu đào qua đất đỏ IIA và IIB Theo đỏnh giỏ, đõy

là loại đất đỏ tương đối tốt, thuận lợi cho quỏ trỡnh thi cụng hầm dẫn nước Theo mối quan hệ giữa thời gian ổn định và khẩu độ khụng chống của Gs.Bieniawski, đường hầm Nậm Củn cú chiều rộng khai đào là 5,3m, đào qua khu vực đất đỏ cú chỉ số RMR =61 ữ 80

Do vậy, để bảo đảm an toàn và tốc độ thi cụng, ta lựa chọn sơ đồ thi cụng nối tiếp toàn phần Sau khi đào và chống tạm hết chiều dài đường hầm, ta tiến hành chống cố định cho đường hầm dẫn nước

Do đường hầm cú ỏp lực đi qua nhiều lớp đất đỏ khỏc nhau, với cỏc đặcđiểm địa chất thuỷ văn, địa chất cụng trỡnh khỏc nhau Nờn cụng tỏc thiết kế kỹthuật, thiết kế thi cụng cú khối lượng rất lớn và do do khuụn khổ của đồ ỏn cũngnhư thời gian cú hạn nờn đồ ỏn chỉ thiết kế thi cụng một đoạn thõn hầm dẫn nước

(đọan từ KM1+300 đến KM 1+550 trờn bề mặt trắc dọc cụng trỡnh) qua một loại địa chất đất đỏ Theo tài liệu địa chất cụng trỡnh thủy điện Suối Chăn 1 và

dựa trờn cơ sở nghiờn cứu cỏc tài liệu địa chất ở trờn, kết hợp với kết quả khảo

sát tại hiện trường, thiết kế xác định các chỉ tiêu đánh giá chất lượng khố đá theophương pháp RQD, RMR, đoạn hầm dẫn nước nằm sâu dưới mặt đất và phần lớnnằm trong đới đá tương đối nguyên khối IIA tương đối ổn định có điều kiện địachất thuận lợi , đá cứng chắc đến rất cứng chắc, tính thấm nhỏ, ít nứt nẻ có hệ sốkiên cố f = 810, RMR =80 ÷ 100

1.1.2 Những yêu cầu cơ bản về thiết kế quy hoạch thân đường hầm

Trong công tác thiết kế hệ thống công trình ngầm, việc xác định hình dạngđường hầm có ý nghĩa rất lớn với những tiên ích mà công trình đem lại và quyết định lớn tới quy mô và giá thành của công trình Vì vậy hình dạng của công trình được xác định dựa trên các yêu cầu kỹ thuật về tiêu chuẩn thiết kế công trình và hiệu quả kinh tế mà công trình đem lại

Đường hầm được thiết kế với quy mô nghiên cứu các phương án công trình,cấp công trình được xác định theo TCXD VN 285:2002

Đoạn đường hầm thiết kế xây dựng cần đảm bảo cao độ và độ dốc phù hợp với thiết kế dòng chảy

Đảm bảo công tác thông gió và vận tải trong quá trình thi công

1.2 Thiết kế quy hoạch công trình ngầm trên bình đồ

Đoạn hầm dẫn nước lý trình km 1 + 300 – km 1 + 550 dài 300m, độ dốchầm i = 0,9%

1.3 Thiết kế quy hoạch công trình ngầm trên mặt cắt dọc

Trên mặt cắt dọc thể hiện trục dọc theo suốt chiều dài của công trình với các thông số kỹ thuật sau:

- Cao độ tự nhiên của từng hạng mục công trình và các lớp đất đá mà công trình đi qua;

- Phương pháp đào của từng công trình

- Khoảng cách tính từng đoạn

- Các loại mặt cắt của công trình

- Độ dốc thiết kế của toàn bộ công trình

Độ dốc dọc trục hầm là i=0,9% đảm bảo tạo áp lực chênh cao cột nước

1.4 Thiết kế mặt cắt ngang của công trình

Hầm dẫn nước lý trình km 1 + 300 – km 1 + 550 dài 2500m nhiệm vụ chính

vì vậy hầm dẫn nước tạo dòng chảy có áp chảy vào nhà máy thủy điện Hầm dẫnnước có nhiệm vụ dẫn nước từ đập thủy điện qua giếng điều áp chảy vào nhàmáy thủy điện

Trong quá trình tính toán thuỷ năng sẽ được tính toán theo dòng chảy trungbình ngày đêm và trung bình tháng đối với phương án chọn

Các kết quả tính toán bao gồm: Các giá trị trung bình thời đoạn tính toánbao gồm: tổn thất lưu lượng thấm, bay hơi, lưu lượng qua tua bin; các công trìnhtràn (xả thừa), lưu lượng và tổng lượng tích vào (hay lấy ra từ hồ chứa), các giátrị mực nước thượng hạ lưu, dung tích hồ chứa ở cuối thời đoạn hay giá trị trungbình; các giá trị trung bình của cột nước phát điện, công suất phát và điện năng.Công suất đảm bảo là công suất nhà máy có thể cung cấp với mức đảm bảo90%, tức là công suất phát của nhà máy không nhỏ hơn công suất 90% thời gian

mô phỏng, chỉ có 15% số năm nhà máy không thoả mãn điều kiện này Mức đảmbảo 90% là mức được áp dụng cho các công trình có quy mô như nhà máy thủyđiện Nậm Củn theo quy phạm

Dựa trên cơ sở tính toán đã đưa ra 6 loại mặt cắt nhưng trong đoạn lý trình

km 1 + 300 – km 1 + 550 thuộc loại mặt cắt loại 4 được thể hiện dưới hình (… ),mặt cắt ngang khai đào dạng tường thẳng vòm bán nguyệt ưu điểm chịu được áplực nóc lớn, tận dụng được diện tích nền cao do vậy dễ thi công trong công táckhoan nổ mìn cũng như xúc bố dễ dàng do nền bằng phẳng, nhược điểm là chịu

áp lực hông kém nhưng do đặt vào lớp đất đá tương đối cứng vững nên áp lựchông tác dụng cũng nhỏ

Các thông số của dạng mặt cắt loại 1: chiều rộng sử dụng Bsd = 4 m, chiềucao tường Ht =2m, bán kính sử dụng Rsd = 2m

Chất lượng khối đá xung quanh công trình.

Như đã trình bày ở phần trên đoạn đường hầm nằm trong đới đá tương đốinguyên khối IIB tương đối ổn định có điều kiện địa chất thuận lợi , đá cứng chắcđến rất cứng chắc, tính thấm nhỏ, ít nứt nẻ có hệ số kiên cố f =810, RMR =80 ÷

100 Vì vậy ta sẽ tính áp lực lên đường hầm tương ứng với loại đất đá có độ kiên

2.2 Thiết kế lựa chọn vật liệu chống giữ công trình ngầm

Việc lựa chọn vật liệu chống giữ đoạn đường hầm dựa vào các điều kiện, thông

số sau:

- Tính chất cơ lý của đất đá xung quanh đường lò, liên kết giữa các khối

đá xung quanh…

- Đặc điểm địa chất công trình, địa chất thuỷ văn khu vực công trình đi qua

- Thời gian tồn tại của công trình

- Vật liệu làm vỏ chống phải sẵn có, dễ tìm kiếm, dễ vận chuyển

2.2.1 Vật liệu đá

Vị trí và điều kiện địa hình: Mỏ vật liệu đá nằm ngay rìa quốc lộ các quốc

lộ 279 khoảng 500m Đây là mỏ đá hiện đang khai thác Khoảng cách từ mỏ VL2đến vị trí xây đập khoảng 2.5 km Cao độ dao động từ +220.0 đến 260.0m

Ngoài ra trong quá trình đào hố móng công trình và đào hầm, sẽ có một lượng đá lớn có thể sử dụng làm VLXD, cần thiết phải tận dụng khối lượng đá này

2.2.2 Vật liệu cát sỏi

Trong phạm vi công trình, cát sỏi không nhiều Hiện có 2 mỏ vật liệu cát tại

xã Hoà Mạc cách vị trí dự kiến xây dựng đập khoảng 2.0km về phía thượng lưu

và tại vị trí ngã ba suối Bản Hành khoảng 1.5km về phía hạ lưu Cát ở đây đã vàđang được sử dụng cho các công trình thuỷ điện trong huyện Văn Bàn, cát đảmbảo chất lượng cho bê tông mác cao Theo đánh giá sơ bộ trữ lượng mỗi mỏkhoảng 50.000 m3 và chất lượng mỏ đạt yêu cầu xây dựng công trình

Căn cứ vào tính chất cơ lý của đất đá xung quanh đường hầm, ta sửdụng các loại vật liệu để làm kết cấu chống đó là :

- Đối với khu vực đào qua đứt gãy, đất đá kém ổn định ta sử dụng vìthép và bê tông

- Đối với khu vực đào qua đất đá ổn định ta sử dụng neo Anke và bêtông phun

- Với khu vực thi công qua đất đá không ổn định, nứt nẻ thì sử dụng bêtông cốt thép

2.2.3 Kết cấu chống gỗ

Gỗ là loại vật liệu được sử dụng làm kết cấu chống giữ trong các đường lò

từ lâu đời Trong các năm gần đây các ngành công nghiệp luyện kim, sản xuấtvật liệu xây dựng phát triển ở trình độ cao nhưng gỗ vẫn là loại vật liệu được sửdụng phổ biến vì có những ưu điểm như: Chế biến gia công đơn giản, dễ thíchứng, cho phép nhận thấy và nghe thấy khi áp lực đất đá phát triển đến trạng tháinguy hiểm, vận chuyển dễ dàng, sử dụng được nguồn nguyên liệu địa phương Tuy nhiên kết cấu chống gỗ vẫn còn những nhược điểm: Biến dạng nhiềukhi chịu tải, không liên kết với khối đá, và hầu như không sử dụng lại được, kếtcấu chống tạm và cố định quá hạn phải dỡ bỏ vì vậy gây ra biến đổi cơ học trongkhối đá, dễ cháy, dễ mục nát, gây ra sức cản khí động học lớn, không thích hợp

sử dụng trong điều kiện ẩm ướt

Gỗ sử dụng để chống cố định hầu như chỉ được áp dụng trong các đường lò

có tuổi thọ nhỏ, thường không quá 2 đến 3 năm, áp lực nóc tương đối nhỏ, ít biếnđổi

2.2.4 Neo, bê tông phun

Là kết cấu chống sử dụng ở những điều kiện địa chất phức tạp, neo kết hợp

bê tông phun tạo ra kết cấu chống tối ưu có thể dùng là kết cấu chống tạm hoặckết cấu chống cố định

Vì chống thép có khả năng chịu lực cao, dùng trong đất đá có độ bền bất kỳ,

áp lực lớn nhưng dễ bị han gỉ nhất là trong điều kiện môi trường ẩm ướt có xâmthực thông thường được sử dụng cho các đường lò có thời gian phục vụ từ 5 đến

7 năm trở lên

2.2.7 Kết cấu chống bằng bê tông, bê tông cốt thép liền khối.

Loại kết cấu này thường được sử dụng cho các đường lò có tuổi thọ cao(lớn hơn 20 năm), chịu áp lực lớn, khả năng cách nước tốt Kết cấu chống loạinày được sử dụng với tỉ lệ rất ít trong các mỏ hầm lò bởi công tác thi công vỏchống rất phức tạp, khó khăn, giá thành chống giữ đường lò lớn

2.3 Phương án khả dĩ chống giữ hầm dẫn nước lý trình km1+300– km1+550

Lựa chọn chủng loại vỏ chống việc tính toán lựa chọn loại kết cấu chống cốđịnh cho hầm dựa vào các điều kiện, thông số sau:

- Tính chất cơ lý của đất đá xung quanh đường hầm, liên kết giữa các khối

đá xung quanh

- Đặc điểm địa chất công trình, địa chất thuỷ văn khu vực công trình đi qua

- Thời gian tồn tại của công trình

- Vật liệu làm vỏ chống phải sẵn có, dễ tìm kiếm, dễ vận chuyển

- Đơn giản, dễ thi công

- Cơ sở tính toán, lựa chọn kết cấu chống

Việc tính toán, lựa chọn kết cấu vỏ chống cố định cho đường hầm trên từngđoạn cụ thể phụ thuộc vào các yếu tố sau:

- Trong phạm vi loại vỏ chống cố định đã được chọn

- Điều kiện địa chất thuỷ văn, địa chất công trình khu vực

- Áp lực đất đá xung quanh tác dụng lên vỏ chống

- Hiệu quả cao nhất về kinh tế và tính khả thi

2.3.1 Lựa chọn kết cấu chống tạm

Dựa vào các hệ số ổn định nóc và hông, các chỉ tiêu đánh giá chất lượngkhối đá RMR, RQD, Q và điều kiện địa chất, địa chất thủy văn, địa chất côngtrình của khối đá xung quanh đường hầm mà ta đã xác định được ở phần trước,trên cơ sở đó ta lựa chọn kết chống giữ cho công trình là vì neo anke kết hợp với

bê tông phun

Ưu điểm: là kết hợp với khối đá làm cho khối đá tự mang tải, bê tông phunlàm cho biên đường lò trơn nhẵn và ngăn chặn được nước ngầm chảy vào đường

hầm (nếu có), giảm khả năng tập trung ứng suất và giảm thời gian thi công làmtăng tiến độ thi công như thế giá thành xây dựng giảm.

Loại kết cấu chống này mang nhiều đặc tính ưu việt, nổi bật là phát huyđược khả năng tự mang tải của khối đá Ta lựa chọn thép làm neo mang số hiệu

AII, ø22 có cường độ chịu kéo tính toán là Ra = 2800 (KG/cm2).Đường kính lỗkhoan neo là 42 mm Chọn sơ bộ chiều dày lớp bê tông phun là 50mm

2.3.2 Lựa chọn kết cấu chống cố định

Kết cấu chống cố định là vỏ bê tông cốt thép liền khối đổ tại cho toàn bộđường hầm bằng bê tông cốt thép M250, cốt thép AII với các đặc tính kỹ thuậtnhư sau:

Bảng 2.3 Các số liệu của vật liệu vỏ hầm

Bêtông

M250

Cường độ giới hạn kéo Rk kG/cm2 15

Trọng lượng riêng bt kG/cm3 2,4Cốt

(2.3)Trong đó:

D là chiều dày vỏ chống cố định

Rsd= 3m là bán kính sử dụng

D = 0,15.3 = 0.45(m) = 45(cm)Nhưng do nằm trên lớp đất đá tương đối cứng vũng vậy chọn sơ bộ chiềudày vỏ chống cố định D = 30 (cm) cũng đẩm bảo an toàn

2.3.3 Xác định kích thước sử dụng của hầm dẫn nước

Diện tích sử dụng của hầm dẫn nước là

2.3.4 Xác định kích thước đào của hầm dẫn nước

Chiều rộng khai đào của hầm dẫn nước

Bd = Bsd + 2.(bbtp + bbtct ) = 6 + 2.(0,05 + 0,3) = 6,7(m)

Trong đó:

bbtp =0,05(m) là chiều dày lớp bê tông phun

bbtct =0,3(m) là chiều dày lớp bê tông cốt thép

Bán kính vòm khai đào của hầm dẫn nước

R d=B d

6,7

Chiều cao khai đào hầm dẫn nước H d=H sd+R d=3+3,35=6,35¿)

Diện tích khai đào của hầm dẫn nước là

2.3.5 Xác định Kích thước đường cấu tạo của hầm dẫn nước

Chiều rộng cấu tạo của hầm dẫn nước

B ct=B sd+2 bbtct=6+2.0,35=6,7(m)

Trong đó:

bbtct = 0,35 m là chiều dày lớp bê tông cốt thép

Bán kính vòm cấu tạo của hầm dẫn nước

R ct=B ct

6,7

Chiều cao tường cấu tạo hầm dẫn nước

2.4 Tính toán áp lực tác dụng lên công trình ngầm

Theo mặt cắt địa chất ta có đoạn hầm dẫn nước chủ yếu đi qua đất đá đớiIIB có độ kiên cố f=10, ta tính toán áp lực với các thông số đầu vào như sau:

Hình 2.8 Sơ đồ tính áp lực đất đá theo giả thiết Tximbarevich

a1= a + h.tg(

90−ϕ

2 ) (m) (2.4)

Trong đó:

a- nửa chiều rộng của công trình tính đến trục cấu tạo của kết cấu chống,

a = Bct /2=6,7/2 = 3,35 (m)

a1 - nửa hiều rộng của vòm cân băng tự nhiên (m)

h - chiều cao công trình, h = Hct = 6,45(m)

- Trọng lượng thể tích của đất đá mà đường hầm đào qua, γ =2,67 (T/m3)

áp lực hông còn có thể bị gây nên bởi áp lực của khối đá bên trên đè xuống (áplực nóc pn)

Tính toán áp lực hông hiện nay phổ biến là giả thuyết của giáo sư P.MTximbarevich (cơ sở của phương pháp này là lý thuyết tường chắn đất hay áp lực

đất của coulomb), theo đó áp lực hông phân bố có dạng hình thang, có các đáy làcường độ áp lực tại đỉnh và nền hầm, được xác định theo công thức:

Áp lực hông tại nóc công trình : q s1 = .b1tg2 (450- /2) (T/m2) (2.6)

Áp lực sườn tại nền công trình : q s2 = .(b1+h)tg2 (450-/2) (T/m2) (2.7)Trong đó:

 - Góc ma sát trong của đất đá, =arctg(f)= 84017’

h - chiều cao đường hầm khi đào, h = Hct = 6,35 (m)

- trọng lượng thể tích của đất đá,  = 2,67 (T/m3)

b1 - chiều cao vòm phá hủy, b1 = 0,366 (m)

Thay giá trị vào các công thức (2.10) và (2.11) ở trên ta được:

q s1 = 2,67 0,366.tg2(450 - 84017’/2)  0,002 (T/m2)

q s2 = 2,67.(0,366 + 6,45).tg2(450 - 84017’/2)  0,045 (T/m2) Tuy nhiên để thuận tiện cho tính toán ta coi áp lực sườn là phân bố đều vớigiá trị: qs = Max (qs1,qs2) = 0,045 (T/m2)

Áp lực hông trên 1m chiều dài là qs = 0,045 (T/m)

2.4.3 Áp lực nền

Tùy theo nguyên gây ra áp lực nền dẫn đến hiện tượng bùng nền mà cónhiều phương pháp, giả thuyết được xây dựng để tính áp lực nền Giả thuyết củaTximbarevich, dựa trên cơ sở phân tích mặt trượt dưới nền công trình theobeldetski

Áp lực nền hầm bằng theo Tximbarevich được tính theo công thức: [1]

0 n' 0

D0- lực đẩy ngang, đất đá đào qua đều là bột kết nên D0 được tính theo công thức sau:

h1 = Hct + b1 = 6,35+ 0,366 = 6,71(m)

Chiều sâu giới hạn của lớp đất đá tham gia vào áp lực nền được tính

theo công thức sau:

Hình 2.9 Sơ đồ phân bố tải trọng tác dụng lên vỏ chống

2.5 Tính toán nội lực trong lớp kết cấu chống cố định

Việc xác định nội lực trong vỏ chống trên cơ sở xem xét các thành phầnngoại lực tác dụng Ta tiến hành giải bài toán theo các tổ hợp tải trọng tác dụngdựa trên nguyên lý cộng tác dụng Sau đó chọn mặt cắt có thành phần nội lựcnguy hiểm nhất để tiến hành thiết kế mặt cắt vỏ chống theo các tiêu chuẩn hiệnhành.

Tổ hợp tải trọng 1

Khi đường hầm vừa thi công xong, bao gồm các tải trọng:

- Áp lực đất đá

- Trọng lượng bản thân vỏ chống

- Áp lực nước từ bên ngoài và lực kháng đàn hồi

2.5.1 Nội lực trong vỏ chống gây bởi áp lực đất đá thẳng đứng

1,17 T/m

0,48 T/m 0,48 T/m

V A

V B

Hình 2.10 Sơ đồ tính nội lực vòm 2 khớpVòm 2 khớp là khung siêu tĩnh bậc 1, có thể giải bằng phương pháp lực,hoặc phương pháp chuyển vị đơn vị Ở đây ta sử dụng phương pháp chuyển vịđơn vị do thành phần lực xô ngang X=1 gây ra

Phản lực thẳng đứng tại hai gối tựa VA và VB xác định theo công thức:

A B n ct

V V q R ,kN (2.10)Trong đó :

Rđ - Bán kính của công trình, Rct= 3,35 (m)

ht - Chiều cao của tường, ht = 3 (m)

qs - Áp lực sườn qs = 0,048 (T/m)

h - chiều cao đào của hầm h = ht + Rđ = 3 + 3,35 =6,35 (m)

Thay số vào công thức (2.15) trên ta được: X =XA = XB= - 0,125 (T)

Do tính đối xứng nên khi tính toán nội lực ta chỉ tính cho một nửa kết cấu

* Nội lực ở tường:

Hình 2.11 Sơ đồ tính nội lực ở tường thẳng

Mô men uốn ở trong phần tường:

,T (2.12)Lực cắt trong tường: Q =X - q yc s ,T (2.13)

Kết quả tính toán nội lực ở cột được thể hiện trong bảng 2.4:

Bảng 2.4 Kết quả nội lực phần tường thân đường hầm

Hình 2.12 Sơ đồ tính nội lực ở vòm

Mô men uốn ở trong tiết diện bất kỳ của vòm xác định:

Nv = qn.Rv.cos2 φ - X.sinφ + qs.(Rv.sinφ + ht)sinφ ,T (2.16)Lực cắt ở trong tiết diện bất kỳ của phần vòm được tính:

Qv = qn.Rv.cosφ.sinφ + X.cosφ - qs.(Rv.sinφ + ht)cosφ, T (2.17)Lực cắt tại đỉnh vòm: Qv=0

Cho  biến đổi từ 00÷900 (chân vòm  = 00) ta sẽ tính được mô men uốnBảng 2.5 Kết quả nội lực phần vòm thân đường hầm